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Sintesi e caratterizzazione di nanofiller e loro compositi polimerici

Informazioni tesi

  Autore: Antonio Zanotto
  Tipo: Tesi di Dottorato
Dottorato in Dottorato in Scienze Chimiche
Anno: 2010
Docente/Relatore: Caponetti Eugenio
Istituito da: Università degli Studi di Palermo
Dipartimento: Dipartimento di Chimica Università di Palermo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 98

In questo lavoro di tesi sarà descritta la preparazione di compositi funzionali nanostrutturati a base polimerica, dalla sintesi del filler all'ottenimento del composito. Sia il filler che il composito sono stati caratterizzati con varie tecniche spettroscopiche, diffrattometriche e termomeccaniche. La loro caratterizzazione è volta al fine di studiare l’eventuale interazione fra il filler ed il polimero ospitante, per poter sfruttare al meglio le caratteristiche del materiale inserito. Sono stati scelti tre filler di dimensione nanometrica: Esacianoferrato di cobalto, Yttrium Aluminum Garnet drogato con Cerio e Nanotubi di Carbonio. La matrice ospitante è costituita da Poli-metilmetacrilato.
Il CoHCF ha dimostrato spiccate caratteristiche cromiche: attraverso vari processi, di cui alcuni facilmente controllabili, il CoHCF può variare il proprio profilo spettroscopico nel visibile. La policromia di questo materiale ha suscitato l'interesse di approfondirne il comportamento e cercare di controllarlo. Il secondo filler, Ce:YAG è stato studiato per le sue caratteristiche di fotoluminescenza. Il Ce:YAG ha dimostrato ottime doti di fotoluminescenza indotta da radiazione, è un materiale estremamente resistente che si candida, opportunamente manipolato, a diventare protagonista dei nuovi dispositivi nel campo della fotoelettronica. I nanotubi di carbonio, oramai al centro dell'interesse scientifico da alcuni anni hanno mostrato peculiari caratteristiche sia optoelettroniche che meccaniche. In particolare nel campo dei nanocompositi per le loro proprietà opto-adsorbenti. Riescono a combinare una eccezionale resistenza chimico-meccanica, con proprietà adsorbenti tipiche di materiali microporosi, e proprietà opto-elettroniche quasi ideali. La scelta della matrice è ricaduta sul polimetilmetacrilato per le caratteristiche di duttilità, rapida fotopolimerizzazione ed elevata trasparenza.
L'idea che accomuna tutta la tesi è la creazione di un composito che racchiuda in sé più funzioni, tra le quali l'enfatizzazione delle proprietà funzionali del nanofiller, inserito in bassa concentrazione nel nanocomposito, con una disposizione unitaria nello spazio tridimensionale creato dalla matrice, e la modificazione delle proprietà meccaniche della matrice per l'interazione con il filler.

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Cap.1.Nanocompositi Capitolo 1: Nanocompositi L'utilizzo di filler organici e inorganici all'interno di sistemi polimerici è diventato ormai usuale. I compositi polimerici sono prodotti commercialmente per diverse applicazioni, come attrezzi sportivi, componenti aerospaziali, parti di automobili, etc 1 . I fillers giocano ruoli importanti nel modificare le proprietà dei polimeri creando nuovi materiali dai costi contenuti. La quantità di filler utilizzata per variare considerevolmente le proprietà della matrice è molto bassa, ad esempio in materiali termoplastici si è osservata una drastica riduzione dell'allungamento e conseguente rottura, dopo l'aggiunta di una infinitesima quantità di argille 2 . A loro volta i polimeri permettono al materiale disperso di esprimere le proprie qualità al meglio nello spazio tridimensionale. Durante la formazione del composito è importante che il materiale disperso rimanga in sospensione, mantenendo una certa omogeneità, per garantire continuità al sistema. Le caratteristiche macroscopiche del composito sono direttamente correlate alla sua microstruttura; talvolta durante la sintesi alcuni parametri come la distribuzione del filler o l'interazione di contatto possono essere controllati al fine di ottenere il materiale desiderato. I metodi per la creazione di un materiale composito polimerico sono molti, tra i più frequenti polimerizzazione in situ, dispersione, estrusione, macinazione, scioglimento ed evaporazione 2 : la polimerizzazione in situ permette di disperdere il filler all'interno del monomero in forma liquida prima della polimerizzazione; la dispersione è sicuramente il metodo più veloce ed economico; l'estrusione, quando il polimero e il filler lo permettono, fonde i componenti consentendo una distribuzione omogenea; la macinazione ovvia al problema della solubilità; il scioglimento ed evaporazione ha come limitazione la solubilità del filler, ma risulta un ottimo metodo per la creazione di film sottili… Nella preparazione di compositi un aspetto importante è la stabilizzazione del secondo componente nel primo. Diventa di conseguenza importante nelle loro proprietà il metodo di preparazione utilizzato. In alcuni casi le proprietà chimico-fisiche del secondo componente, si presentano molto differenti dopo la formazione del composito, forse per la singolarità della dispersione o per le interazioni instaurate tra i componenti. Le caratteristiche del materiale composito possono quindi 1 D. W. Hatchett and M. Josowicz Chemical Reviews, 2008, 108, 2, 753 2 Tjong Materials Science and Engineering R 53 2006, 73–197 2

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